엔트로피를 활용한 묽은 용액의 총괄성 설명 모델 개발: 화학 교사들의 ‘Crosscutting Concepts’ 관점에 대한 인식 변화
Developing a Model to Explain Colligative Properties Using Entropy: Changes in Chemistry Teachers’ Perceptions of Crosscutting Concepts
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초록
이 연구는 화학 교사들이 묽은 용액의 총괄성을 설명하는 데 있어 엔트로피 개념의 중요성을 인식하고, ‘Crosscutting Concepts’의 하위 요소인 ‘Patterns’과 ‘Cause and effect’ 관점에서 묽은 용액의 총괄성을 통합적으로 이해할 수 있는 모델을 개발하도록 구성하였다. 이를 위해, 선행 조직자 수업모형을 활용하여 총 8차시에 걸친 교육 프로그램을 진행하였다. 연구 대상은 23명의 현직 화학 교사였으며, 사전 및 사후 인터뷰를 통해 교사들의 인식 변화를 분석하였다. 연구 결과, 사전인터뷰에서는 교사 23명 중 3명만이 엔트로피의 필요성을 인식하였으나, 사후 인터뷰에서는 18명으로 증가하였다. 또한, 엔트로피 개념을 포함한 모델링 활동을 통해 개발된 모델은 엔탈피 개념에 관련된 모델의 이그노런스를 인식한 유형과 모델의 이그노런스를 인식하지 못한 유형으로 분류되었다. 교사들의 인식 변화와 모델 개발 유형을 분석한 결과, 선행 조직자수업모형은 엔트로피 개념의 중요성을 인식하고 ‘Crosscutting Concepts’를 활용한 통합적 사고를 촉진하는 데 효과적이었다. 이에 따라 교사들이 ‘Crosscutting Concepts’ 관점에서 모델을 개발하고 이를 학생들에게 지도할 수 있는 역량을 함양하게 되었다. 그러나 일부 교사들은 여전히 엔트로피의 개념적 복잡성과 기존 교과서의 제시 방식에 익숙하여 입자적 관점의설명 방식을 고수하였다. 이를 해결하기 위해 추가적인 모델링 경험과 구체적 사례 중심의 교사 교육 프로그램을 개발할 필요가 있다.
Abstract
This study aimed to help chemistry teachers recognize the importance of the concept of entropy in explaining colligative properties of dilute solutions and to develop models that enable an integrated understanding of colligative properties from the perspectives of ‘Patterns’ and ‘Cause and effect,’ which are sub-elements of the ‘Crosscutting Concepts.’ To achieve this, an advanced organizer teaching model was employed in an educational program conducted over eight sessions. The participants were 23 in-service chemistry teachers, and their perception changes were analyzed through pre- and post-interviews. The results showed that, in the pre-interviews, only 3 out of 23 teachers recognized the necessity of entropy, but this number increased to 18 in the post-interviews. Additionally, the models developed through modeling activities involving the concept of entropy were categorized into two types: those recognizing the ignorance of the enthalpy concept and those not recognizing such ignorance. An analysis of the teachers’ perception changes and the types of models developed revealed that the advanced organizer teaching model effectively promoted the recognition of the importance of entropy and fostered integrated thinking using the ‘Crosscutting Concepts.’ Consequently, teachers were able to develop models from the perspective of ‘Crosscutting Concepts’ and enhance their ability to guide students in understanding colligative properties of dilute solutions. However, some teachers continued to adhere to the particulate-level explanatory approach due to the conceptual complexity of entropy and their familiarity with the presentation style of existing textbooks. To address this issue, additional modeling experiences and concrete case-based teacher education programs need to be developed.